《電子技術(shù)應(yīng)用》
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干貨 新能源汽車充電設(shè)施產(chǎn)業(yè)鏈研究

2016-10-08

  一、充電設(shè)施技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)

  (一)充電站發(fā)展趨勢

  隨著新能源汽車的逐步推廣和產(chǎn)業(yè)化以及新能源汽車技術(shù)的日益發(fā)展,新能源汽車對充電站的技術(shù)要求體現(xiàn)了一致的趨勢,要求充電站具有相應(yīng)的發(fā)展目標(biāo):

  1、充電快速化

  目前新能源汽車用鋰離子動力蓄電池仍然存在著比能量低、一次充電續(xù)駛里程短的問題。因此,在目前動力電池不能直接提供更多續(xù)駛里程的情況下,如果能夠?qū)崿F(xiàn)電池充電快速化,從某種意義上也就解決了電動汽車?yán)m(xù)駛里程短這個(gè)致命弱點(diǎn)。

  2、充電通用化

  在多種類型蓄電池、多種電壓等級共存的市場背景下,用于公共場所的充電裝置必須具有適應(yīng)多種類型蓄電池系統(tǒng)和適應(yīng)各種電壓等級的能力,即充電系統(tǒng)需要具有充電廣泛性,具備多種類型蓄電池的充電控制算法,可與各類電動汽車上的不同蓄電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)充電特性匹配,能夠針對不同的電池進(jìn)行充電。因此,在電動汽車商業(yè)化的早期,就應(yīng)該制定相關(guān)政策措施,規(guī)范公共場所用充電裝置與電動汽車的充電接口、充電規(guī)范和接口協(xié)議等。

  3、充電智能化

  制約電動汽車發(fā)展及普及的最關(guān)鍵問題之一,是儲能電池的性能和應(yīng)用水平。優(yōu)化電池智能化充電方法的目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)無損電池的充電,監(jiān)控電池的放電狀態(tài),避免過放電現(xiàn)象,從而達(dá)到延長電池的使用壽命和節(jié)能的目的。充電智能化的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下方面:

  ●優(yōu)化的、智能充電技術(shù)和充電機(jī)、充電站;

  ●電池電量的計(jì)算、指導(dǎo)和智能化管理;

  ●電池故障的自動診斷和維護(hù)技術(shù)等。

  4、電能轉(zhuǎn)換高效化

  電動汽車的能耗指標(biāo)與其運(yùn)行能源費(fèi)緊密相關(guān)。降低電動汽車的運(yùn)行能耗,提高其經(jīng)濟(jì)性,是推動電動汽車產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素之一。對于充電站,從電能轉(zhuǎn)換效率和建造成本上考慮,應(yīng)優(yōu)先選擇具有電能轉(zhuǎn)換效率高,建造成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)的充電裝置。

  5、充電集成化

  本著子系統(tǒng)小型化和多功能化的要求,以及電池可靠性和穩(wěn)定性要求的提高,充電系統(tǒng)將和電動汽車能量管理系統(tǒng)集成為一個(gè)整體,集成傳輸晶體管、電流檢測和反向放電保護(hù)等功能,無需外部組件即可實(shí)現(xiàn)體積更小、集成化更高的充電解決方案,從而為電動汽車其余部件節(jié)約出布置空間,大大降低系統(tǒng)成本,并可優(yōu)化充電效果,延長電池壽命。

  經(jīng)過幾年的技術(shù)及應(yīng)用的積累,國內(nèi)的充電設(shè)備技術(shù)已達(dá)到大規(guī)模普及的條件,技術(shù)已不再成為行業(yè)發(fā)展的壁壘。

  (二)充電設(shè)備的種類、應(yīng)用

  充電技術(shù)包括車載便攜充電器、交流充電以及直流充電:(1)車載便攜充電器:連接普通家用 220V 插座,低功率,充電時(shí)間較長,一般僅作為應(yīng)急備用設(shè)備;(2)家用交流充電樁:供電動汽車車主私人使用,由電動汽車制造商配套安裝在家庭住宅停車位;(3)公用交流/直流充電樁:在公用停車場等,由充電樁運(yùn)營商負(fù)責(zé)運(yùn)營,為電動汽車提供充電服務(wù);(4)直流充電站:即“快充”,特點(diǎn)是充電功率大,充電時(shí)間較短,一般按照城市規(guī)劃建設(shè),功率通常在 60kW以上。

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  圖表 1 不同充電設(shè)施特性比較

  一般意義上的充電設(shè)備指充電樁,分為交流充電樁和直流充電樁兩類。(注:本報(bào)告不討論無線充電,該領(lǐng)域分析請關(guān)注本微信公眾號后續(xù)的研究報(bào)告)

  交流充電樁,俗稱就是“慢充”,固定安裝在電動汽車外、與交流電網(wǎng)連接,為電動汽車車載充電機(jī)(即固定安裝在電動汽車上的充電機(jī))提供交流電源的供電裝置。交流充電樁只提供電力輸出,沒有充電功能,需連接車載充電機(jī)為電動汽車充電。相當(dāng)于只是起了一個(gè)控制電源的作用的。交流充電樁提供單或雙路220VAC/380VAC輸出接口,交流充電樁的輸出功率一般在5KW(220VAC)/20KW(380VAC),但真正的充電功率是受車載充電機(jī)的制約的,一般小型電動汽車的車載充電功率在2-3KW之間。為40KWh左右的電動汽車充電,交流充電樁家庭用戶較多。

  直流充電樁,俗稱就是“快充”,它是固定安裝在電動汽車外,與交流電網(wǎng)連接,可以為非車載電動汽車動力電池提供直流電源的供電裝置。直流充電樁的輸入電壓采用三相四線AC380V±15%,頻率50Hz,輸出為可調(diào)直流電,直接為電動汽車的動力電池充電。由于直流充電樁采用三相四線制供電,可以提供足夠的功率,輸出的電壓和電流調(diào)整范圍大,可以實(shí)現(xiàn)快充的要求。直流充電樁充電速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于交流充電樁,主要應(yīng)用于高速公路、城市干道、辦公樓、商場等對充電速度有較高要求的場所。

  國內(nèi)電動汽車充電硬件接口除特斯拉外,其他車型充電接口已經(jīng)統(tǒng)一,交流充電接口為7孔,直流充電接口為9孔。

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  圖表 2 直流充電樁和交流充電樁充電原理及插頭示意圖

  (三)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不斷完善

  目前,我國已基本建立充電基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系,包括術(shù)語、動力電池箱、充電系統(tǒng)及備、充換電接口、換電系統(tǒng)及設(shè)備、充/換電站及服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、建設(shè)與運(yùn)行、附加設(shè)備等8個(gè)部分,58項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。

  新標(biāo)準(zhǔn)對充電接口和通信協(xié)議進(jìn)行了全面系統(tǒng)的規(guī)范,為充電設(shè)施質(zhì)量保證體系提供了技術(shù)保障,確保了電動汽車與充電設(shè)施的互聯(lián)互通,避免了市場的無序發(fā)展和充電“孤島”,有利于降低因不兼容而造成的社會資源浪費(fèi),對促進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)政策落地,增強(qiáng)購買使用電動汽車消費(fèi)信心將起到積極的促進(jìn)作用。

  2015 年 12 月,國家質(zhì)檢總局、國家標(biāo)準(zhǔn)委聯(lián)合國家能源局、工信部、科技部等部門發(fā)布新國標(biāo),全面提升了充電的安全性與兼容性,對充電樁產(chǎn)業(yè)的規(guī)范發(fā)展奠定基石。

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  圖表 3 充電設(shè)施新國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)及內(nèi)容

  二、充電領(lǐng)域政策及補(bǔ)貼

  (一)國家層面

  截至2016年6月,國家共出臺新能源汽車相關(guān)政策30項(xiàng),其中充電設(shè)施相關(guān)政策4項(xiàng)。

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  圖表 4 新能源汽車相關(guān)政策統(tǒng)計(jì)(截至2016年6月30日)

  2015年11月,國家發(fā)改委發(fā)布了《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020年)》,明確提出到2020年,全國將新增集中式充換電站1.2萬座,分散式充電樁480萬個(gè),以滿足全國500萬輛電動汽車充電需求。

  2016 年1月,財(cái)政部、工信部、發(fā)改委、能源局聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于“十三五”新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施獎(jiǎng)勵(lì)政策及加強(qiáng)新能源汽車推廣應(yīng)用的通知》,未來各地方政府將繼續(xù)安排資金對充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、運(yùn)營給予獎(jiǎng)勵(lì)補(bǔ)貼。

  (二)地方層面

  2016年以來,地方層面的充電設(shè)施補(bǔ)貼陸續(xù)出臺并實(shí)施。截至2016年8月29日,全國共有北京、上海、廣州、中山、惠州、重慶、山東、青島、濰坊、河北、石家莊、衡水、山西、運(yùn)城、瀘州、安徽、安慶、滁州、銅陵、淮北、天津?yàn)I海、武清、浙江、金華、溫州、許昌、鄭州、成都、杭州、合肥、廣西、柳州、云南、青海、江西、陜西、湖南、福建、甘肅、海南等14省26市出臺電動汽車充電規(guī)劃或補(bǔ)貼,而新疆、哈爾濱、貴陽、西安、煙臺、文昌、沈陽、???、河南、江蘇等10個(gè)省市自治區(qū)的充電規(guī)劃或補(bǔ)貼在其新能源汽車推廣方案(指導(dǎo)意見)中均有提及。

  在電動汽車充電設(shè)施補(bǔ)貼方面,共有北京、上海、廣州、惠州、成都、西安、合肥、沈陽、西安、???、甘肅、江蘇11省市明確充電設(shè)施補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn),其中僅有上海、廣州、成都、甘肅四省市出臺了電動汽車充電補(bǔ)貼細(xì)則。

  三、充電設(shè)施市場規(guī)模及空間

  2015年,中國新能源汽車產(chǎn)量達(dá)到37.9萬輛,呈爆發(fā)式增長態(tài)勢,然而充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。截至2015年底,國內(nèi)已建成的充換電站3600座,公共充電樁4.9萬個(gè),車樁比大約為9:1,按照新能源汽車與充電樁1:1的標(biāo)準(zhǔn)配置來看,充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)缺口巨大。

  國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,截止2016年6月底,全國已建成公共充電樁8.1萬個(gè),比去年底增長65%;隨車建成私人充電樁超過5萬個(gè),比去年底增長約12%。2016年1-6月全國新能源汽車充電量超過6億千瓦時(shí),替代燃油約20萬噸,電動汽車的發(fā)展對能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和城市環(huán)境提升貢獻(xiàn)明顯。

  根據(jù)國家規(guī)劃,到2020年建成1.2萬個(gè)集中式充電站,480萬個(gè)分散式充電樁,以滿足全國500萬輛電動汽車的充電要求。假設(shè) 1.2 萬座充換電站全部由 10 臺 100kW 直流充電樁構(gòu)成,充電設(shè)備占充電站總投入 30%,480 萬個(gè)散式充電樁為 7kW 交流充電樁,按照直流充電樁 1元/W、交流充電樁 0.35/W 的市場價(jià)格,充電設(shè)施市場空間將超過450億元。

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  圖表 5 2015-2020年國內(nèi)充電站及充電樁數(shù)量

  四、充電站投資主體

  我國充電設(shè)施投資主體主要有國網(wǎng)、南網(wǎng)、普天,其中國家電網(wǎng)作為落實(shí)國家新能源汽車戰(zhàn)略的主要實(shí)施者,近年來在充電設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域始終保持行業(yè)主導(dǎo)地位。2015年,國家電網(wǎng)共完成充電設(shè)備招標(biāo)容量90萬KW,較 2014 年同比增長超 800%;2016年上半年,國家電網(wǎng)兩次招標(biāo)總?cè)萘窟_(dá)到 92.5 萬 kW,超過國網(wǎng)2015 年全年招標(biāo)總量。

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  圖表 6 國內(nèi)充電站投資主體市場結(jié)構(gòu)

  五、充電設(shè)施運(yùn)營模式情況

  我國新能源汽車從2005年開始初見端倪,同時(shí)充電設(shè)施建設(shè)也開始從無到有,充換電站的運(yùn)營模式也不斷創(chuàng)新。由起步階段的“換電為主、充電為輔”到目前以充電為主的模式,從趨勢來看,未來充電模式將成為行業(yè)主流的商業(yè)模式。

  隨著“十三五”的推進(jìn),充電設(shè)施市場正在進(jìn)入市場啟動期,主流廠商逐步確立,商業(yè)模式日益清晰,產(chǎn)業(yè)鏈分工進(jìn)一步明確;2020年,我國充電設(shè)施市場有望進(jìn)入高速發(fā)展期,行業(yè)進(jìn)入門檻將顯著提升或出現(xiàn)壟斷現(xiàn)象,行業(yè)盈利水平將保持穩(wěn)定。

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  圖表 7 我國電動汽車充換電業(yè)務(wù)模式發(fā)展趨勢

  盈利模式方面,目前國內(nèi)充電樁可見盈利模式仍以收取充電費(fèi)用的單一方式為主,且受設(shè)備利用率較低等影響,盈利能力極低。以一座包括10臺100kW直流充電樁的充電站為例,在 30%建設(shè)補(bǔ)貼的情況下總投資約為 326.7 萬元,若每日累計(jì)充電時(shí)長為 5 小時(shí),充電樁使用率為50%,則該充電站設(shè)備使用率為10.4%,計(jì)算可得該充電站內(nèi)部收益率為 12%,而設(shè)備使用率的提高將顯著提高充電站經(jīng)營水平。

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  圖表 8 充電站收益率測算

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  圖表 9 充電設(shè)備利用率與充電站內(nèi)部收益率之間的關(guān)系

  目前國內(nèi)充電站建設(shè)不含征地費(fèi)用的投資在300萬元至700萬元之間,同時(shí)還要考慮增建發(fā)電廠、改造變電站等配套設(shè)施。由于充電站直充模式下電動車需要較長時(shí)間的等待,這就決定了充電站的占地面積要比普通加油站要大,以便停下更多的車。而在寸土寸金的城市交通節(jié)點(diǎn)處的征地成本可能會非常高。為同樣數(shù)量的電動車充電所占用的面積比為普通汽車加油所占的面積要大5倍以上。在目前階段,新能源汽車保有量不足的情況下,充電站實(shí)際運(yùn)營過程中很難盈利,這也是目前充電站建設(shè)低于預(yù)期的重要原因。

  總體來看,受益于新能源汽車市場的快速發(fā)展,未來幾年將是充電設(shè)施建設(shè)的高峰期,但商業(yè)模式還處于探索階段,對參與企業(yè)而言(充電設(shè)施產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)將會在后續(xù)報(bào)告中分析),有較大的不確定性。在設(shè)備行業(yè),新進(jìn)入者大多跨行,窺探新能源汽車行業(yè)的豐厚利潤,未來企業(yè)的競爭更加激烈。但從產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略層面來講,商業(yè)模式的選擇比虛假的市場繁榮更為重要,因此我們預(yù)計(jì)在充電設(shè)施行業(yè),企業(yè)數(shù)量由少到多,再出現(xiàn)整合的發(fā)展規(guī)律。


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